韓 冶

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

城市軌道交通作為公眾交通服務(wù)項(xiàng)目幾乎是不存在盈利的，其建設(shè)投資高、運(yùn)營(yíng)成本高，是個(gè)高虧損、高補(bǔ)貼的行業(yè)。城市軌道交通能源消耗成本通常占運(yùn)營(yíng)直接成本的30%以上。與此同時(shí)我國(guó)面臨非常嚴(yán)峻的能源安全和環(huán)境壓力，政府正大力推行節(jié)能減排戰(zhàn)略。

為了響應(yīng)政府大力推行節(jié)能減排戰(zhàn)略，推進(jìn)城市軌道交通節(jié)能降耗，提高城市軌道交通用能效率，降壓軌道交通運(yùn)營(yíng)成本，建立地鐵能源管理系統(tǒng)已經(jīng)是當(dāng)務(wù)之急。

城市軌道交通是大運(yùn)量的交通運(yùn)輸系統(tǒng)，也是耗能大戶。作為重點(diǎn)用能單位，應(yīng)按照科學(xué)用能的原則，加強(qiáng)節(jié)能管理，提高能源利用效率。節(jié)能工作應(yīng)該講求實(shí)效和重視節(jié)能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，挖掘節(jié)能潛力。能源管理系統(tǒng)能幫助地鐵運(yùn)營(yíng)單位方便地取得各類、各項(xiàng)、各戶的用能狀況分析數(shù)據(jù)，從中找出各用能環(huán)節(jié)的真正問題，并制定行之有效的節(jié)能措施。

1 城市軌道交通能源管理系統(tǒng)簡(jiǎn)述

城市軌道交通能源管理系統(tǒng)簡(jiǎn)單的說就是對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)消耗的能源(如：電、水、燃?xì)?、燃油、熱力、冷?進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄、分析。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種能源的詳細(xì)使用情況，為節(jié)能降耗提供直觀科學(xué)的依據(jù)，促進(jìn)管理水平的提高，降低運(yùn)營(yíng)成本，使能源充分合理使用，控制浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能減排，提高用能效率的目的。

能源管理系統(tǒng)為城市軌道交通的能源在線計(jì)量、能源質(zhì)量監(jiān)測(cè)、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、節(jié)能潛力分析、節(jié)能控制、節(jié)能效果驗(yàn)證以及能耗數(shù)據(jù)管理及上傳等方面提供科學(xué)的技術(shù)手段?？梢劳心茉垂芾硐到y(tǒng)建立能耗定額、能耗考核等一整套能源管理體系。

2 城市軌道交通能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

城市軌道交通能源管理系統(tǒng)主要由中心級(jí)能源管理系統(tǒng)、車站級(jí)能源管理系統(tǒng)、智能表計(jì)以及相互聯(lián)系的通信網(wǎng)絡(luò)組成。城市軌道交通能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 城市軌道交通能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 中心級(jí)能源管理系統(tǒng)

中心級(jí)能源管理系統(tǒng)采用雙機(jī)冗余系統(tǒng)，熱備用方式，并設(shè)置WEB服務(wù)器，接入辦公自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，用戶可利用辦公自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)能源管理系統(tǒng)的瀏覽查看。

中心級(jí)能源管理系統(tǒng)主要由主備系統(tǒng)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、操作員工作站、維護(hù)工作站、打印機(jī)、防火墻、交換機(jī)等設(shè)備組成。中心級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)技術(shù)組建，網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介采用屏蔽雙絞線或光纖，通信傳輸速率不小于100 Mbps。

2.2 車站級(jí)能源管理系統(tǒng)

車站級(jí)能源管理系統(tǒng)主要由車站級(jí)工作站、交換機(jī)、數(shù)據(jù)采集終端等設(shè)備組成。車站級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的方式，獨(dú)立于變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)設(shè)置。

車站級(jí)工作站與數(shù)據(jù)采集終端之間通信網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)技術(shù)組建，網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介采用屏蔽雙絞線，通信傳輸速率不小于10 Mbps。車站級(jí)工作站一般僅設(shè)置在較大規(guī)模車站、車輛段和停車場(chǎng)。

數(shù)據(jù)采集終端與智能表計(jì)之間通信網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)組建，通信接口采用RS485或Lonworks，通信協(xié)議采用Modbus或Lontalk。數(shù)據(jù)采集終端通常根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選用機(jī)架式或壁掛式，關(guān)鍵部分冗余設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集終端支持多種本地和遠(yuǎn)傳通信方式，支持一發(fā)多收，支持各種智能表計(jì)通信規(guī)約，設(shè)有內(nèi)部存儲(chǔ)器，失電后數(shù)據(jù)不丟失。

3 城市軌道交通能源管理系統(tǒng)表計(jì)配置

軌道交通能源管理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)能源的種類配置相應(yīng)的能耗計(jì)量器具，如智能電表、水表、燃?xì)獗?、燃油表、?熱)量表等。

3.1 智能電表的配置方案

智能電表配置方案應(yīng)符合下列要求：

(1)主變電所主變壓器高壓進(jìn)線及中壓母線進(jìn)線、車站變電所中壓饋線應(yīng)設(shè)置智能表計(jì)，采集全線總電耗、牽引用電總電耗，并可通過計(jì)算得出變壓器損耗及線路損耗。

(2)車站變電所應(yīng)設(shè)置智能電表的低壓配電回路：低壓總進(jìn)線回路、工作照明、節(jié)電照明、廣告照明、區(qū)間照明、給排水泵、電梯和自動(dòng)扶梯、屏蔽門、公共區(qū)域空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、設(shè)備及管理用房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、VRV空調(diào)、隧道風(fēng)機(jī)、商業(yè)用電。

車站變電所宜設(shè)置智能電表的低壓配電回路：變電所用電、通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、ISCS系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)等特殊用電。

(3)車站環(huán)控電控室應(yīng)設(shè)置智能電表的低壓配電回路：空調(diào)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)。

(4)控制中心、車輛段、綜合基地及其他沿線建筑的商業(yè)跟隨式降壓變電所、配電室按電能分項(xiàng)設(shè)置智能電表。

(5)控制中心應(yīng)設(shè)置辦公樓宇的各租賃單位等分戶智能電表；控制中心可設(shè)置樓層、部門、辦公室等分戶智能電表。

車輛段及綜合基地應(yīng)設(shè)置以下分戶智能電表：綜合辦公樓、檢修庫(kù)、維修車間、食堂、泵房等。

(6)電力功率不低于10 kW的用電回路宜設(shè)置智能電表，其他設(shè)施(如景觀照明、開水爐、分體空調(diào)等)宜設(shè)置智能電表。

3.2 智能水表的配置方案

車站、控制中心、車輛段及綜合基地等總進(jìn)水、各主要分項(xiàng)進(jìn)水應(yīng)設(shè)置智能水表；車站等駐場(chǎng)商戶進(jìn)水應(yīng)設(shè)置智能水表；其他耗水量大的分支用水管路或用水設(shè)備前端。

3.3 智能燃?xì)獗淼呐渲梅桨?/h3>

智能燃?xì)獗響?yīng)在控制中心、車輛段及綜合基地等總進(jìn)氣設(shè)置。

3.4 智能燃油表的配置方案

智能燃油表應(yīng)在車輛段及綜合基地等儲(chǔ)油庫(kù)出油管路設(shè)置。

3.5 智能冷(熱)量表的配置方案

(1)控制中心、車站、車輛段及綜合基地等的制冷機(jī)組的冷媒管路或制熱機(jī)組/鍋爐的熱媒管路應(yīng)設(shè)置智能冷(熱)量表。

(2)市政集中供熱管路應(yīng)設(shè)置熱量表。

4 城市軌道交通能源管理系統(tǒng)功能設(shè)置

4.1 中心級(jí)能源管理系統(tǒng)功能設(shè)置

中心級(jí)軌道交通能源管理系統(tǒng)應(yīng)配置以下主要功能。

(1)數(shù)據(jù)采集與處理功能

系統(tǒng)從車站級(jí)能源管理系統(tǒng)采集的各種測(cè)量、計(jì)量信息至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶可以利用各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(或歷史數(shù)據(jù))和報(bào)表組態(tài)工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇、組合、累積、統(tǒng)計(jì)等加工處理，生成各種報(bào)表。同時(shí)具備能源評(píng)估功能及節(jié)能分析功能。

(2)顯示及打印功能

通過人機(jī)界面在監(jiān)視器上動(dòng)態(tài)顯示各種測(cè)量、計(jì)量曲線，按照一定周期自動(dòng)刷新。可對(duì)各種測(cè)量、計(jì)量的極值和出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并可對(duì)監(jiān)視器畫面進(jìn)行拷貝或打印。

(3)系統(tǒng)管理功能

系統(tǒng)管理功能主要包括：權(quán)限管理功能，數(shù)據(jù)查詢、備份、還原功能，對(duì)時(shí)功能，網(wǎng)絡(luò)管理及維護(hù)功能。

(4)web瀏覽功能

系統(tǒng)通過web服務(wù)器接入辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，具有訪問權(quán)限的用戶可通過辦公自動(dòng)化系統(tǒng)采用web瀏覽器查看能源管理系統(tǒng)的相關(guān)信息。

4.2 車站級(jí)能源管理系統(tǒng)功能設(shè)置

車站級(jí)能源管理系統(tǒng)的主要功能為自動(dòng)分類、分項(xiàng)、分戶采集各監(jiān)管供電回路的電參量、用水量、燃?xì)庥昧?、燃油用量和?熱)量，存儲(chǔ)最近的歷史數(shù)據(jù)，并通過通信通道傳輸至中心級(jí)能源管理系統(tǒng)。

5 城市軌道交通能源管理系統(tǒng)集成方案

評(píng)價(jià)能源是否有效利用不僅需要了解各種能源在各個(gè)方面的消耗量，而且需要了解軌道交通的運(yùn)營(yíng)情況、外部環(huán)境條件，需設(shè)置與其他相關(guān)系統(tǒng)的接口才能合理有效地分析節(jié)能情況。如牽引的用電與地鐵列車運(yùn)行相關(guān)，需設(shè)置與信號(hào)系統(tǒng)接口；車站照明用電與車站人流量相關(guān)，需設(shè)置與AFC系統(tǒng)接口；通風(fēng)空調(diào)的用電與環(huán)境相關(guān)，需設(shè)置與BAS系統(tǒng)接口；控制中心、車輛段的能源消耗量與人員配備和運(yùn)行管理情況相關(guān)，需設(shè)置與OA系統(tǒng)接口，等等。

能源管理系統(tǒng)可單獨(dú)設(shè)置，也可由綜合監(jiān)控系統(tǒng)在車站級(jí)以上系統(tǒng)集成。目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通已普遍設(shè)置綜合監(jiān)控系統(tǒng)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心通常與其他系統(tǒng)互聯(lián)并共享相關(guān)信息。

因此，無論是從節(jié)約硬件成本出發(fā)，還是減少系統(tǒng)接口出發(fā)，都應(yīng)該優(yōu)先考慮由綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成能源管理系統(tǒng)，以助于提高資源利用效率。

6 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通在滿足公共交通功能需求的同時(shí)，應(yīng)按照合理用能和高效用能的原則，推進(jìn)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)節(jié)能管理和能耗控制。

設(shè)置城市軌道能源管理系統(tǒng)的目的是建立一個(gè)分類、分項(xiàng)、分戶采集和統(tǒng)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，覆蓋軌道交通運(yùn)營(yíng)消耗的電、水、燃?xì)?、燃油、?熱)量。通過結(jié)合運(yùn)營(yíng)情況和外部環(huán)境，分析節(jié)能潛力，制定和完善運(yùn)營(yíng)管理措施，以提高能源利用效率， 降低運(yùn)營(yíng)成本。

同時(shí)也可以利用能源管理系統(tǒng)充分了解軌道交通用電負(fù)荷特性、供電質(zhì)量等，為后續(xù)軌道交通的設(shè)計(jì)(如變壓器配置、節(jié)能設(shè)備選型等)提供重要參考依據(jù)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)層面提升能源利用水平。

[1] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.南京四號(hào)線一期工程初步設(shè)計(jì):電力監(jiān)控系統(tǒng)[Z].武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012．

[2] DGJ32/TJ132—2011，城市軌道交通能源管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程[S].南京：江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)站，2012．

[3] 龍?zhí)?地鐵能源管理系統(tǒng)[J].城市軌道交通研究，2010(2):77-79.

[4] 何志康，劉冬.地鐵能源管理系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2010(6):19-21．

[5] 張韜.地鐵能源管理系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化及計(jì)量，2012(3):46-48.

[6] 黃明才，李廣剛.南京地鐵1號(hào)線能源監(jiān)管系統(tǒng)[J].都市快軌交通，2011，24(3):95-98．

[7] 宋新啟.基于智能低壓配電系統(tǒng)的地鐵配電電能管理系統(tǒng)[J].城市軌道交通研究，2012(12):24-26．

[8] 穆廣友，李曉龍,等.地鐵車站照明系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能對(duì)策[J].城市軌道交通研究，2010(8):35-39.

[9] 羅利平.城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案[J]. 城市軌道交通研究，2008(11):7-9.

[10] GB 50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2003．